仿生構(gòu)筑污水處理用浸潤性梯度銅網(wǎng)的性能研究
發(fā)布時間：2021-08-25 18:11
浸潤性是固體表面一個特有的重要性質(zhì),受荷葉出淤泥而不染現(xiàn)象的啟發(fā),人們逐漸將研究視線延伸到浸潤性領(lǐng)域,而獨特的梯度浸潤性作為浸潤性領(lǐng)域內(nèi)一個重要分支,在構(gòu)建可控浸潤性表面方面具有重大意義。浸潤性梯度表面是指在沿著平行于固體表面方向上,一種或幾種表面性質(zhì)（表面結(jié)構(gòu)形貌、厚度和表面化學組成等）隨位置的變化具有連續(xù)變化從而引起表面浸潤性連續(xù)變化的特殊梯度表面。浸潤性梯度表面由于其特殊的浸潤性梯度變化,在實現(xiàn)液滴的自運輸、研究細胞吸附動力學和提高熱交換效率等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。本課題主要采用簡單實用的氨堿氧化法,以銅網(wǎng)為實驗材料,通過利用分液漏斗緩慢滴加氨堿混合溶液的方式來實現(xiàn)銅網(wǎng)表面結(jié)構(gòu)形貌的連續(xù)性變化,得到從超親水到疏水的連續(xù)浸潤性梯度銅網(wǎng)。實驗原理是當銅網(wǎng)與氨堿混合溶液接觸發(fā)生反應(yīng)時,會在銅網(wǎng)表面生長出一種氫氧化銅納米線,納米線的生長增大了表面粗糙度,同時由于納米線上親水基團羥基的存在,使得銅網(wǎng)表面呈現(xiàn)出親水性或超親水性。隨后對該浸潤性梯度銅網(wǎng)進行一系列的表征與分析,詳細探討了浸潤性梯度形成的原因、影響因素以及潛在的應(yīng)用價值。通過掃描電子顯微鏡觀察銅網(wǎng)表面微觀結(jié)構(gòu),分析納米線的生長狀...
【文章來源】：山東理工大學山東省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
接觸角的定義Fig.1.1DefinitionofcontactAngle
面在經(jīng)過表面粗糙化后會更加親液，本身疏液的固體表面在經(jīng)過表面粗糙化后會更加疏液。值得注意的是，Wenzel 模型的成立需要以熱力學平衡狀態(tài)為前提，但是在很多實際情況下，由于材料表面組成的非均一性等因素，某些情況下液滴難以在固體表面達到Wenzel 方程所要的平衡狀態(tài)時，此方程無法適用。Cassie 和 Baxter 通過進一步研究，提出了可以將不均勻的粗糙固體表面設(shè)想為一個復(fù)合表面，由此得出了 Cassie 方程[17]：1122cos fcos fcos r （1.3）在該方程中，假設(shè)固體表面由兩種不同物質(zhì) 1 和物質(zhì) 2 組成。上式中，f1和 f2分別為兩種組分的表面組成占比（f1+f2=1），θ1和θ2分別表示液體在兩種物質(zhì)組分表面的本征接觸角。Cassie 和 Baxter 認為，當固體表面呈現(xiàn)較強的疏水性時，液滴無法完全填滿粗糙表面上的凹槽，部分空氣會被截留在液體與固體之間。上述兩個方程都是對 Young’s 方程的進一步補充，在實際情況下，考慮到可能存在的外力作用，固液接觸狀態(tài)會在 Wenzel 和 Cassie 狀態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，同時，科學家們還發(fā)現(xiàn)由于固體表面微觀結(jié)構(gòu)的不均一，Wenzel 和 Cassie 狀態(tài)也可以同時存在，如圖1.2 所示。
滾動各向異性的植物葉表面；具有高粘附性、自清潔性和超疏水性的壁虎腳底；具有水下超疏油、流體減阻能力的魚鱗結(jié)構(gòu)；具有快速集水和變色功能的沙漠甲蟲背部結(jié)構(gòu)等，為人們對特殊表面材料的研究提供了高價值的參考。以荷葉為典型代表的植物葉表面自清潔性質(zhì)引起了科學家的重點關(guān)注，人們發(fā)現(xiàn)，水滴不會粘附在荷葉表面上，而是可以自由滾動并隨著滾動帶走表面附著的灰塵等污垢。通過對荷葉表面的研究，德國生物學家 Barthlott 和 Neihuis 認為荷葉表面存在一層低表面能蠟狀物質(zhì)使得荷葉表面呈現(xiàn)出良好的疏水性，同時荷葉表面上微米級的乳突結(jié)構(gòu)大大增加了表面的粗糙度，使得荷葉表面的疏水性進一步加強，通過二者的協(xié)同作用，水滴在荷葉表面的接觸角大于 150 °，總是能保持趨近完美的球形狀態(tài)，輕微的震動便可使水滴自由滾動[18,19]。通過對荷葉表面的進一步研究發(fā)現(xiàn)，荷葉下表面具有與上表面完全相反的超親水（圖 1.3），這是因為荷葉下表面并不具有如上表面一樣的低表面能蠟狀物質(zhì)，而是存在具有親水性的類水凝膠化合物[20]。上下表面相反的浸潤性充分印證了先前所提到的影響固體表面浸潤性的兩大因素：固體表面化學組成和固體表面微觀結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]浸潤性梯度表面研究與應(yīng)用[J]. 張繼琳,韓艷春. 高分子學報. 2012(10)
本文編號：3362607
【文章來源】：山東理工大學山東省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
接觸角的定義Fig.1.1DefinitionofcontactAngle
面在經(jīng)過表面粗糙化后會更加親液，本身疏液的固體表面在經(jīng)過表面粗糙化后會更加疏液。值得注意的是，Wenzel 模型的成立需要以熱力學平衡狀態(tài)為前提，但是在很多實際情況下，由于材料表面組成的非均一性等因素，某些情況下液滴難以在固體表面達到Wenzel 方程所要的平衡狀態(tài)時，此方程無法適用。Cassie 和 Baxter 通過進一步研究，提出了可以將不均勻的粗糙固體表面設(shè)想為一個復(fù)合表面，由此得出了 Cassie 方程[17]：1122cos fcos fcos r （1.3）在該方程中，假設(shè)固體表面由兩種不同物質(zhì) 1 和物質(zhì) 2 組成。上式中，f1和 f2分別為兩種組分的表面組成占比（f1+f2=1），θ1和θ2分別表示液體在兩種物質(zhì)組分表面的本征接觸角。Cassie 和 Baxter 認為，當固體表面呈現(xiàn)較強的疏水性時，液滴無法完全填滿粗糙表面上的凹槽，部分空氣會被截留在液體與固體之間。上述兩個方程都是對 Young’s 方程的進一步補充，在實際情況下，考慮到可能存在的外力作用，固液接觸狀態(tài)會在 Wenzel 和 Cassie 狀態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，同時，科學家們還發(fā)現(xiàn)由于固體表面微觀結(jié)構(gòu)的不均一，Wenzel 和 Cassie 狀態(tài)也可以同時存在，如圖1.2 所示。
滾動各向異性的植物葉表面；具有高粘附性、自清潔性和超疏水性的壁虎腳底；具有水下超疏油、流體減阻能力的魚鱗結(jié)構(gòu)；具有快速集水和變色功能的沙漠甲蟲背部結(jié)構(gòu)等，為人們對特殊表面材料的研究提供了高價值的參考。以荷葉為典型代表的植物葉表面自清潔性質(zhì)引起了科學家的重點關(guān)注，人們發(fā)現(xiàn)，水滴不會粘附在荷葉表面上，而是可以自由滾動并隨著滾動帶走表面附著的灰塵等污垢。通過對荷葉表面的研究，德國生物學家 Barthlott 和 Neihuis 認為荷葉表面存在一層低表面能蠟狀物質(zhì)使得荷葉表面呈現(xiàn)出良好的疏水性，同時荷葉表面上微米級的乳突結(jié)構(gòu)大大增加了表面的粗糙度，使得荷葉表面的疏水性進一步加強，通過二者的協(xié)同作用，水滴在荷葉表面的接觸角大于 150 °，總是能保持趨近完美的球形狀態(tài)，輕微的震動便可使水滴自由滾動[18,19]。通過對荷葉表面的進一步研究發(fā)現(xiàn)，荷葉下表面具有與上表面完全相反的超親水（圖 1.3），這是因為荷葉下表面并不具有如上表面一樣的低表面能蠟狀物質(zhì)，而是存在具有親水性的類水凝膠化合物[20]。上下表面相反的浸潤性充分印證了先前所提到的影響固體表面浸潤性的兩大因素：固體表面化學組成和固體表面微觀結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]浸潤性梯度表面研究與應(yīng)用[J]. 張繼琳,韓艷春. 高分子學報. 2012(10)
本文編號：3362607
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